Uranium được làm giàu như thế nào để chế tạo bom?

Uranium được làm giàu là uranium với tỷ lệ cao của đồng vị U-235, chỉ chiếm khoảng 0,72% uranium tự nhiên.Uranium bình thường được gọi là U-238, trong đó số lượng biểu thị lượng hạt nhân (proton và neutron) trong nhân nguyên tử của nó.U-235 có một lượng proton và neutron không đồng đều, làm cho nó hơi không ổn định và dễ bị phân hạch (tách) từ neutron nhiệt.Có được quá trình phân hạch để tiến hành như một phản ứng chuỗi là cơ sở của năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân. Vì U-235 có tính chất hóa học giống hệt nhau với uranium bình thường và chỉ nhẹ hơn 1,26%, tách hai người có thể là một thách thức.Các quy trình thường khá tốn nhiều năng lượng và tốn kém, đó là lý do tại sao chỉ có một số quốc gia có thể đạt được quy mô công nghiệp cho đến nay.Để tạo ra uranium cấp lò phản ứng, cần phải có U-235 phần trăm 3-4%, trong khi uranium cấp vũ khí phải bao gồm 90% U-235 trở lên.Có ít nhất chín kỹ thuật để tách uranium, mặc dù một số chắc chắn hoạt động tốt hơn những kỹ thuật khác. Trong Thế chiến II, Hoa Kỳ, khi các nhà nghiên cứu lần đầu tiên theo đuổi sự phân tách đồng vị, một loạt các kỹ thuật đã được sử dụng.Giai đoạn đầu tiên bao gồm khuếch tán nhiệt.Bằng cách giới thiệu một gradient nhiệt độ mỏng, các nhà khoa học có thể dỗ các hạt U-235 nhẹ hơn về phía một vùng nhiệt và các phân tử U-238 nặng hơn về phía một vùng lạnh hơn.Đây chỉ là việc chuẩn bị vật liệu thức ăn cho giai đoạn tiếp theo, phân tách đồng vị điện từ.

Phân tách đồng vị điện từ liên quan đến uranium hóa hơi và sau đó ion hóa nó để tạo ra các ion với điện tích dương.Uranium ion hóa sau đó được tăng tốc ở uốn cong bởi một từ trường mạnh.Các nguyên tử U-235 nhẹ hơn đã bị lệch nhiều hơn một chút, trong khi các nguyên tử U-238 hơi ít hơn.Bằng cách lặp lại quá trình này nhiều lần, uranium có thể được làm giàu.Kỹ thuật này được sử dụng để tạo ra một số uranium làm giàu cho Bomb Boy Bomb, đã phá hủy Hiroshima.Cách tiếp cận này đã đẩy khí hexafluoride uranium qua màng bán thấm, hơi tách hai đồng vị với nhau.Giống như kỹ thuật trước, quá trình này sẽ cần phải được thực hiện nhiều lần để cô lập một lượng đáng kể các kỹ thuật làm giàu U-235 hiện đại sử dụng máy ly tâm.Các nguyên tử U-235 nhẹ hơn hơi ưu tiên đẩy về phía các bức tường bên ngoài của máy ly tâm, tập trung chúng ở nơi chúng có thể được chiết xuất.Giống như tất cả các kỹ thuật khác, nó phải được thực hiện nhiều lần để làm việc.Các hệ thống đầy đủ thanh lọc uranium theo cách này sử dụng nhiều máy ly tâm và được gọi là tầng ly tâm.Máy ly tâm Zippe là một biến thể tiên tiến hơn trên máy ly tâm truyền thống sử dụng nhiệt cũng như lực ly tâm để tách đồng vị.trong đó tận dụng sự khác biệt rất nhỏ trong hai xu hướng đồng vị để thay đổi hóa trị trong các phản ứng oxy hóa/khử.